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JP5207499B2 - Phenol resin composite and method for producing the same - Google Patents
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Description

本発明は、フェノール樹脂複合材に関する。更に詳しくは、微細繊維、フェノール樹脂組成物、繊維性基材を主成分とするフェノール樹脂複合材に関する。   The present invention relates to a phenol resin composite material. More specifically, the present invention relates to a phenol resin composite material mainly composed of fine fibers, a phenol resin composition, and a fibrous base material.

従来より、熱硬化性樹脂等に木粉、紙パルプなどのセルロース系繊維等を添加した成形品は製造されている。しかし近年、植物パルプ由来の素材として、セルロースナノファイバーに代表される微細繊維が注目されている。このセルロースナノファイバーは、木質パルプを機械的に開繊し、リグニンなどの成分を除去してセルロース短繊維のみを取り出したもので、セルロースの伸び切り鎖結晶から構成されたものである。そのため、非常に高強度・高弾性であり、しかも低熱膨張率であるという特徴を有している。このように、特にセルロースナノファイバーは、植物パルプ由来であると同時に、優れた材料特性を有することから、環境フレンドリーな補強材としてプラスチックに添加する試みがなされている(特許文献1乃至3参照)。   Conventionally, molded products in which cellulose fibers such as wood powder and paper pulp are added to thermosetting resins and the like have been manufactured. However, in recent years, fine fibers typified by cellulose nanofibers have attracted attention as plant pulp-derived materials. This cellulose nanofiber is obtained by mechanically opening wood pulp, removing components such as lignin and taking out only cellulose short fibers, and is composed of stretched chain crystals of cellulose. Therefore, it has the characteristics of very high strength and high elasticity and low thermal expansion coefficient. Thus, since cellulose nanofibers are derived from plant pulp and have excellent material properties, attempts have been made to add them to plastics as environmentally friendly reinforcing materials (see Patent Documents 1 to 3). .

ところで、このセルロースナノファイバーは、通常、多量の水分を含んだ状態(水分が全体の50〜90wt%)で供給される。これは、セルロースナノファイバーが乾燥状態では繊維間の水素結合により相互に強固な凝着を生じ、乾燥状態のセルロースナノファイバーを水に再分散することが困難であることによるものである。従って、セルロースナノファイバーをプラスチックに添加する場合、水分を除去する必要があるが、この水分を除去するには以下のような方法がとられている。   By the way, this cellulose nanofiber is normally supplied in a state containing a large amount of moisture (moisture is 50 to 90 wt% of the whole). This is because when cellulose nanofibers are in a dry state, strong adhesion occurs due to hydrogen bonding between the fibers, and it is difficult to redisperse the cellulose nanofibers in the dry state in water. Therefore, when cellulose nanofibers are added to plastics, it is necessary to remove moisture, and the following methods are used to remove this moisture.

その代表的な手段としては、予めセルロースナノファイバーなどの微細繊維を抄紙によりシート化してフェノール樹脂などの液状樹脂を含浸させる方法(以下、シート化法という)や(特許文献4参照)、セルロースナノファイバーなどの微細繊維を熱可塑性樹脂あるいはフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂などと混合した後、二軸混練押出機に代表される樹脂の溶融混練プロセス装置を用いて混練するなどの方法がとられている(特許文献5参照)。
また、一般に、繊維性基材に含浸する熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂以外にエポキシ樹脂が使用される。しかし、このエポキシ樹脂は、原料モノマーであるエピクロルドリンの耐水性の問題から、セルロースナノファイバーのような水分含量の多い材料を添加し、合成することが、極めて困難か、殆ど不可能である。
特許第3641690号 特開2006−312281号公報 特開2006−312688号公報 特開2004−292970号公報 特開2005−42283号公報
As typical means, fine fiber such as cellulose nanofiber is made into a sheet by paper making in advance and impregnated with liquid resin such as phenol resin (hereinafter referred to as sheeting method), (see Patent Document 4), cellulose nano A method of mixing fine fibers such as fibers with a thermoplastic resin or a thermosetting resin such as a phenol resin and then kneading using a resin melt-kneading process apparatus typified by a twin-screw kneading extruder is used. (See Patent Document 5).
In general, as the thermosetting resin impregnated into the fibrous base material, an epoxy resin is used in addition to the phenol resin. However, it is extremely difficult or almost impossible to synthesize this epoxy resin by adding a material having a high water content such as cellulose nanofiber due to the water resistance problem of epichlordrin as a raw material monomer. .
Japanese Patent No. 3641690 JP 2006-312281 A JP 2006-31688 A JP 2004-292970 A JP 2005-42283 A

セルロースナノファイバーなどを使用する場合、前記のように一般にこれらのナノファイバーは多量の水分を含むうえ、前記水分の除去が極めて困難であることから、樹脂の溶融段階で水分が残留していた場合には、樹脂の加水分解による劣化の結果、成形品の強度の低下が生じたり、成形時に残留水分が蒸発することよる成形不良(外観、ウエルド、バリ、成形精度低下など)が発生したりする場合があった。   When cellulose nanofibers are used, as described above, these nanofibers generally contain a large amount of moisture, and the removal of the moisture is extremely difficult. As a result of degradation of the resin due to hydrolysis, the strength of the molded product may decrease, or molding defects (appearance, weld, burr, molding accuracy decrease, etc.) may occur due to evaporation of residual moisture during molding. There was a case.

また、シート化法では、セルロースナノファイバーは綴密であるため濾水性が悪く、連続抄紙が非常に困難あるいは不可能である。従って、実験室的には濾紙およびビフネルロートを用いて吸引ろ過を行うか、手漉きによる抄紙によりシートを作製することは可能であるが、これらの方法は、大量生産には不適である。更に、前記方法により得られるシートは、非常に綴密であるため、樹脂の含浸性が悪く、減圧含浸後、常圧で長時間の浸漬が必要になるという問題があった。   Further, in the sheeting method, cellulose nanofibers are tightly bound and thus have poor drainage, making continuous paper making very difficult or impossible. Therefore, although it is possible to produce a sheet by suction filtration using a filter paper and a bifunnel funnel in the laboratory or by paper making by hand, these methods are not suitable for mass production. Furthermore, since the sheet obtained by the above method is very tightly packed, the impregnation property of the resin is poor and there is a problem that it is necessary to immerse for a long time at normal pressure after impregnation under reduced pressure.

更に、ろ紙の上に形成したセルロースナノファイバーなどの微細繊維からなるシートは、含水状態でないとろ紙との完全な分離が困難であり、乾燥させるとろ紙からの分離は全く不可能になる。含水状態でろ紙から分離した前記シートは、その水分を除去する必要があるが、給水紙等に挟んでプレスで加圧しながら乾燥させないと乾燥後のシートが大きく波打ち、その後の樹脂含浸、積層成形工程の作業性に大きな支障となるという問題があった。   Further, a sheet made of fine fibers such as cellulose nanofibers formed on a filter paper is difficult to completely separate from the filter paper unless it is in a water-containing state, and cannot be completely separated from the filter paper when dried. It is necessary to remove the moisture from the sheet separated from the filter paper in the water-containing state. There has been a problem that the workability of the process is greatly hindered.

また、前記二軸押出機などの混練装置を用いる場合は、セルロースナノファイバーの切断による補強効果の低下や、残留水による樹脂の加水分解が懸念される。それゆえ、別途脱水工程が必要となるが、その工程は、通常、真空ポンプ等の設置が必要となり、設備が大掛かりとなるなど、製造コストが増加するという問題があった。   Moreover, when using kneading apparatuses, such as the said twin-screw extruder, there exists a concern about the fall of the reinforcement effect by the cutting | disconnection of a cellulose nanofiber, and the hydrolysis of resin by residual water. Therefore, a separate dehydration step is required, but this step usually requires the installation of a vacuum pump or the like, and there is a problem that the manufacturing cost increases, such as a large facility.

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、その強度を低下させることなく、かつ、微細繊維に含まれる水分を容易に除去し、安価に製造が可能な、フェノール樹脂複合材、およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to easily remove moisture contained in fine fibers without reducing its strength, An object of the present invention is to provide a phenol resin composite material that can be manufactured at low cost, and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するため、本発明に係るフェノール樹脂複合材は、微細繊維とフェノール樹脂プレポリマーとからなる液状混合物を繊維性基材に含浸し、積層成形されたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the phenol resin composite material according to the present invention is characterized in that a fibrous base material is impregnated with a liquid mixture composed of fine fibers and a phenol resin prepolymer and laminated.

また、本発明に係るフェノール樹脂複合材の第2の態様は、前記微細繊維が、セルロースナノファイバーであることを特徴とする。   Moreover, the 2nd aspect of the phenol resin composite material which concerns on this invention is characterized by the said fine fiber being a cellulose nanofiber.

また、本発明に係るフェノール樹脂複合材の第3の態様は、前記液状混合物が、前記セルロースナノファイバーを固形分として0.1〜5重量%含有することを特徴とする。   Moreover, the 3rd aspect of the phenol resin composite material which concerns on this invention is characterized by the said liquid mixture containing the said cellulose nanofiber 0.1 to 5weight% as solid content.

また、本発明に係るフェノール樹脂複合材の第4の態様は、前記液状混合物が、フェノール及びホルマリンを主成分とする混合液に重合触媒を加えフェノール樹脂プレポリマーとし、親水性溶媒を加えた液状樹脂とした後に、前記微細繊維を混合分散させて得られることを特徴とする。   In the fourth aspect of the phenol resin composite material according to the present invention, the liquid mixture is a liquid obtained by adding a polymerization catalyst to a mixed liquid mainly composed of phenol and formalin to form a phenol resin prepolymer and adding a hydrophilic solvent. It is characterized by being obtained by mixing and dispersing the fine fibers after forming a resin.

また、本発明に係るフェノール樹脂複合材の第5の実施態様は、前記液状混合物が、フェノール及びホルマリンを主成分とする混合液に重合触媒を加えフェノール樹脂プレポリマーとし、親水性溶媒を加えた液状樹脂とした後に、前記微細繊維を混合分散させて得られることを特徴とする。   Further, in a fifth embodiment of the phenol resin composite material according to the present invention, the liquid mixture is obtained by adding a polymerization catalyst to a liquid mixture mainly composed of phenol and formalin to form a phenol resin prepolymer, and adding a hydrophilic solvent. It is characterized by being obtained by mixing and dispersing the fine fibers after forming a liquid resin.

また、本発明に係るフェノール樹脂複合材の製造方法は、微細繊維とフェノール樹脂プレポリマーとからなる液状混合物を繊維性基材に含浸し、積層成形するフェノール樹脂複合材の製造方法であって、前記液状混合物を得る工程が、前記微細繊維をフェノール及びホルマリンを主成分とする混合液に混合、分散させる第1の工程の後に、重合触媒を加え、加熱、重合しフェノール樹脂プレポリマーとする第2の工程からなることを特徴とする。   Further, the method for producing a phenol resin composite material according to the present invention is a method for producing a phenol resin composite material in which a fibrous base material is impregnated with a liquid mixture composed of fine fibers and a phenol resin prepolymer, and laminated molding is performed. In the step of obtaining the liquid mixture, after the first step of mixing and dispersing the fine fibers in a mixture mainly composed of phenol and formalin, a polymerization catalyst is added, and the mixture is heated and polymerized to obtain a phenol resin prepolymer. It consists of two processes.

また、本発明に係る他のフェノール樹脂複合材の製造方法は、微細繊維とフェノール樹脂プレポリマーとからなる液状混合物を繊維性基材に含浸し、積層成形するフェノール樹脂複合材の製造方法であって、前記液状混合物を得る工程が、フェノール及びホルマリンを主成分とする混合液に重合触媒を加えてフェノール樹脂プレポリマーとする第1の工程、前記フェノール樹脂プレポリマーに親水性溶媒を加えて液状樹脂とする第2の工程を経た後に、前記微細繊維を混合、分散させる第3の工程からなることを特徴とする。   In addition, another method for producing a phenol resin composite according to the present invention is a method for producing a phenol resin composite in which a fibrous base material is impregnated with a liquid mixture composed of fine fibers and a phenol resin prepolymer and laminated. The step of obtaining the liquid mixture is a first step of adding a polymerization catalyst to a mixed solution mainly composed of phenol and formalin to obtain a phenol resin prepolymer, and adding a hydrophilic solvent to the phenol resin prepolymer to form a liquid It is characterized by comprising a third step of mixing and dispersing the fine fibers after the second step of making a resin.

本発明によれば、フェノール樹脂はモノマーのうち、ホルマリンは通常37%濃度のホルムアルデヒド水溶液を用いるため、多量の水分を含むセルロースナノファイバーなどの微細繊維を直接混合することが可能であり、得られる液状混合物は低粘度であるため、前記微細繊維の分散が容易である。更に、フェノール樹脂の重合過程で生じる縮合水とともに脱水処理が可能となるため、既存の設備により前記微細繊維に含まれる水分をも同時に除去が可能である。
また、予め調整したフェノール樹脂プレポリマーにアルコールなどの親水性溶媒を加えて液状物とした場合でも、微細繊維の含水成分をアルコール等の親水性溶媒で置換した後に、前記液状物に添加することで、微細繊維を均一に混合・分散させた液状混合物を得ることも可能である。これらの処理も、既存の設備を使用することにより行うことができる。
また、上記のような処理により得られた液状混合物を使用して得られるフェノール樹脂複合材は、微細繊維が均一に分散されているため、高い強度を有するものとなる。
従って、本発明によれば、高い強度を有し、かつ安価に製造可能なフェノール樹脂複合材を提供することが可能となる。
According to the present invention, a phenol resin is a monomer, and a formalin usually uses a 37% aqueous solution of formaldehyde, so that fine fibers such as cellulose nanofiber containing a large amount of water can be directly mixed and obtained. Since the liquid mixture has a low viscosity, the fine fibers can be easily dispersed. Furthermore, since dehydration can be performed together with the condensed water generated in the polymerization process of the phenol resin, the water contained in the fine fibers can be removed at the same time using existing equipment.
Moreover, even when a hydrophilic solvent such as alcohol is added to a phenol resin prepolymer prepared in advance to form a liquid material, the water-containing component of the fine fiber is replaced with a hydrophilic solvent such as alcohol and then added to the liquid material. It is also possible to obtain a liquid mixture in which fine fibers are uniformly mixed and dispersed. These processes can also be performed by using existing equipment.
Moreover, since the fine fiber is uniformly disperse | distributed, the phenol resin composite material obtained using the liquid mixture obtained by the above processes has high intensity | strength.
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a phenol resin composite material that has high strength and can be manufactured at low cost.

以下、本願発明を詳細に説明する。
本発明における微細繊維とは、繊維の太さが1〜10nmにまで微細化された繊維をいい、本発明では、後述のように、特にセルロース繊維からなるものが好適である。前記微細繊維の原料繊維としては、木材、農地残廃物、布、古紙などの植物由来のもの、酢酸菌などの微生物由来もの、ホヤ等の動物由来のものを利用可能である。コスト、入手のし易さを考慮すると、植物由来のものを利用するのが好ましい。また、地球環境保護の観点からは、新聞、雑誌などの古紙、植物繊維からなる古着等の布を利用することも好ましい。
前記微細繊維は、公知の方法により得ることができる。例えば、前記原料繊維を所定の処理を施した後に、超高圧ホモジナイザー、媒体攪拌ミル処理、振動ミル処理、などの処理を行うことにより得ることができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The fine fiber in this invention means the fiber refined | miniaturized to 1-10 nm in the thickness of a fiber, and what consists of a cellulose fiber especially in this invention is suitable as mentioned later. As raw fibers for the fine fibers, those derived from plants such as wood, agricultural waste, cloth and waste paper, those derived from microorganisms such as acetic acid bacteria, and those derived from animals such as sea squirts can be used. Considering the cost and availability, it is preferable to use a plant-derived material. From the viewpoint of protecting the global environment, it is also preferable to use cloths such as used paper such as newspapers and magazines, and used clothes made of plant fibers.
The fine fiber can be obtained by a known method. For example, the raw material fibers can be obtained by performing a predetermined treatment and then performing a treatment such as an ultra-high pressure homogenizer, a medium stirring mill treatment, and a vibration mill treatment.

本発明の微細繊維として、特に好適なものとしては、植物パルプ由来のセルロースナノファイバーが挙げられる。このセルロースナノファイバーは、既に述べたように、木質パルプを機械的に開繊し、リグニンなどの成分を除去してセルロース短繊維のみを取り出したもので、セルロースの伸び切り鎖結晶から構成されたものである。そのため、非常に高強度・高弾性であり、しかも低熱膨張率であるという特徴を有している。
このように、セルロースナノファイバーは、植物パルプ由来であると同時に、優れた材料特性を有することから、環境フレンドリーなプラスチック用の補強材として特に好適である。
As the fine fibers of the present invention, cellulose nanofibers derived from plant pulp are particularly suitable. As described above, this cellulose nanofiber was made by mechanically opening wood pulp, removing components such as lignin and taking out only short cellulose fibers, and was composed of stretched chain crystals of cellulose. Is. Therefore, it has the characteristics of very high strength and high elasticity and low thermal expansion coefficient.
Thus, since cellulose nanofibers are derived from plant pulp and have excellent material properties, they are particularly suitable as environmentally friendly reinforcing materials for plastics.

本発明におけるフェノール樹脂プレポリマーを構成しているフェノール類は、特に限定されず、アルキルフェノール(クレゾール、キシレノールなど)、多価フェノール類(レゾルシンなど)、フェニルフェノール、アミノフェノールなどが挙げられる。また、アルデヒド類は、特に限定されず、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどが挙げられる。
またフェノール樹脂プレポリマーとしては、フェノール類とアルデヒド類をアルカリ触媒下で反応させたレゾール型、酸触媒下で反応させたノボラック型のいずれでもよい。
また、本発明における繊維性基材としては、綿帆布、紙シート、ガラス繊維、不織布などが挙げられるが、特に限定されない。
The phenols constituting the phenol resin prepolymer in the present invention are not particularly limited, and examples thereof include alkylphenols (cresol, xylenol, etc.), polyhydric phenols (resorcinol, etc.), phenylphenol, aminophenol and the like. Moreover, aldehydes are not specifically limited, Formaldehyde, paraformaldehyde, acetaldehyde, etc. are mentioned.
The phenol resin prepolymer may be either a resol type obtained by reacting phenols and aldehydes under an alkali catalyst or a novolak type obtained by reacting under an acid catalyst.
Moreover, as a fibrous base material in this invention, a cotton canvas, a paper sheet, glass fiber, a nonwoven fabric, etc. are mentioned, However It does not specifically limit.

本発明のフェノール樹脂複合材は、微細繊維としてセルロースナノファイバーを使用した場合、例えば以下のように製造することができる。
先ず、フェノールならびにホルマリン(37%ホルムアルデヒド水溶液)のモル比を、ノボラックの場合P/F=1/0.7〜1/0.9、レゾールの場合P/F=1/1〜1/3で混合する。ここで、P/Fとはフェノール/ホルマリンのモル比を意味する。重合触媒としてノボラックはシュウ酸、塩酸、硫酸、トルエンスルホン酸、リン酸、マレイン酸などの酸触媒、レゾールの場合は水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、アルカリ土類酸化物・水酸化物、アンモニア、ヘキサメチレンテトラミン、第三アミンなどのアルカリ触媒が用いられる。
The phenol resin composite material of the present invention can be produced, for example, as follows when cellulose nanofibers are used as fine fibers.
First, the molar ratio of phenol and formalin (37% formaldehyde aqueous solution) is P / F = 1 / 0.7 to 1 / 0.9 for novolak, and P / F = 1/1 to 1/3 for resol. Mix. Here, P / F means the molar ratio of phenol / formalin. As a polymerization catalyst, novolak is an acid catalyst such as oxalic acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, toluenesulfonic acid, phosphoric acid and maleic acid. In the case of resole, sodium hydroxide, sodium carbonate, alkaline earth oxide / hydroxide, ammonia, hexa Alkali catalysts such as methylenetetramine and tertiary amine are used.

これらのモノマーと含水状態のままのセルロースナノファイバーを所定量混合し、ホモジナイザーで8000rpmにて約2時間混合する。セルロースナノファイバーの添加量としては、フェノール樹脂固形分に対するセルロースナノファイバー固形分として0.1〜5重量%である。好ましくは0.5〜3重量%である。添加量が0.5重量%より少ないと強化材としての十分な効果が得られず、また、添加量が3重量%より多くなるとセルロースナノファイバーの増粘効果により液状モノマーの重合反応時の攪拌が困難になる。
この混合物に重合触媒を加え、加熱し、常圧で重合反応後、減圧、脱水、脱残モノマーを行ってフェノール樹脂プレポリマーを得る。重合条件は、一般的に知られている方法でよく、例えば「フェノール樹脂」(A.Knop著、瀬戸正二監訳、プラスチックエージ杜、1987年発行)に詳しく記載されている。
A predetermined amount of these monomers and cellulose nanofibers in a water-containing state are mixed, and mixed with a homogenizer at 8000 rpm for about 2 hours. As addition amount of a cellulose nanofiber, it is 0.1 to 5 weight% as a cellulose nanofiber solid content with respect to a phenol resin solid content. Preferably it is 0.5 to 3 weight%. When the addition amount is less than 0.5% by weight, a sufficient effect as a reinforcing material cannot be obtained. When the addition amount is more than 3% by weight, the liquid monomer is stirred during the polymerization reaction due to the thickening effect of cellulose nanofibers. Becomes difficult.
A polymerization catalyst is added to the mixture, and the mixture is heated and subjected to a polymerization reaction at normal pressure, and then subjected to reduced pressure, dehydration, and residual monomers to obtain a phenol resin prepolymer. The polymerization condition may be a generally known method, and is described in detail, for example, in “Phenol resin” (A. Knop, translated by Seto Shoji, Plastic Age, published in 1987).

また、この系に界面活性剤を添加するとセルロースナノファイバーの均一分散性を向上させることが出来るため特に好ましい。前記界面活性剤としては、特に限定されないが、フェノール樹脂(親油成分)にセルロースナノファイバー(親水成分)を分散させるためには非イオン系界面活性剤が好ましく、中でも、親油成分と親水成分とのバランスから、アルキルフェノール系界面活性剤が特に好ましい。また、添加量としては、セルロースナノファイバー固形分(乾燥重量)に対して1重量%以上20重量%以下の範囲で使用することが好ましい。1重量%より少ないとセルロースナノファイバーの良好な分散性が得られず、20重量%より多いとフェノール樹脂複合材におけるセルロースナノファイバーの力学特性を向上させる効果が阻害される。   Further, it is particularly preferable to add a surfactant to this system because the uniform dispersibility of cellulose nanofibers can be improved. Although it does not specifically limit as said surfactant, In order to disperse | distribute a cellulose nanofiber (hydrophilic component) to a phenol resin (lipophilic component), a nonionic surfactant is preferable, and especially a lipophilic component and a hydrophilic component In view of this balance, alkylphenol surfactants are particularly preferred. Moreover, as addition amount, it is preferable to use in the range of 1 to 20 weight% with respect to cellulose nanofiber solid content (dry weight). When the content is less than 1% by weight, good dispersibility of the cellulose nanofibers cannot be obtained, and when the content is more than 20% by weight, the effect of improving the mechanical properties of the cellulose nanofibers in the phenol resin composite is inhibited.

前記加熱重合後、80℃程度に保持し、減圧下でホルマリンの不要水分、フェノールとホルムアルデヒドの縮合反応水ならびにセルロースナノファイバーに含まれる水分を効率よく除去するのが好ましい。水分除去方法としては、減圧除去など一般的な方法を採用することができ、特に限定されない。   After the heat polymerization, it is preferable to keep at about 80 ° C. and efficiently remove unnecessary moisture of formalin, condensation reaction water of phenol and formaldehyde, and moisture contained in cellulose nanofibers under reduced pressure. As a moisture removal method, a general method such as removal under reduced pressure can be adopted, and it is not particularly limited.

水分除去後、計算上のフェノール樹脂生成量に対し、同量程度以下のメタノール、アセトンなどの有機溶媒を添加しワニス化することによりセルロースナノファイバーとフェノール樹脂から成る液状混合物を得ることができる。このワニス(液状混合物)を綿帆布、紙シート、ガラス織物、不織布などの基材に含浸し、乾燥してから所定のサイズに切断し圧縮成形して、本発明のフェノール樹脂複合材である圧縮成形品を得ることができる。尚、圧縮成形方法としては、一般の方法を採用することができる。   After removing water, a liquid mixture composed of cellulose nanofibers and a phenol resin can be obtained by adding an organic solvent such as methanol or acetone in an amount equal to or less than the calculated amount of phenol resin to obtain a varnish. The varnish (liquid mixture) is impregnated into a base material such as cotton canvas, paper sheet, glass fabric, non-woven fabric, etc., dried, cut into a predetermined size, and compression molded. A molded product can be obtained. In addition, a general method can be employ | adopted as a compression molding method.

また、前記以外に、次の方法によっても、フェノール樹脂複合材を作製することができる。
前記フェノール類、前記ホルムアルデヒド類、重合触媒を混合し、ノボラック型のフェノール樹脂プレポリマー、あるいはレゾール型のフェノール樹脂プレポリマーを合成する。得られたフェノール樹脂プレポリマーに、メタノールなどの親水性溶媒を添加してワニス化する。このワニスに含水状態のままのセルロースナノファイバーを所定量添加する。
この際、セルロースナノファイバーとしては、それに含まれる水分をワニスと同種の親水性溶媒で置換したものを使用することも出来る。この際使用する親水性溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトンが特に好ましい。また、前記溶媒置換の際に、界面活性剤を添加することが好ましい。その理由は上記のように、セルロースナノファイバーをより均一に分散できることによるものである。また、使用可能な界面活性剤、及び使用量も上記のとおりである。
その後、セルロースナノファイバーとフェノール樹脂プレポリマーからなる混合液をホモジナイザーなどで攪拌して得られる液状混合物を繊維性基材に含浸し、乾燥・切断して積層成形することで本発明のフェノール樹脂複合材である圧縮成形品とすることが出来る。
以下の実施例において、より詳細に本発明を具体的に説明するが、本発明が、下記の実施例に限定されるものではない。
In addition to the above, the phenol resin composite material can also be produced by the following method.
The phenols, the formaldehydes, and the polymerization catalyst are mixed to synthesize a novolac type phenol resin prepolymer or a resol type phenol resin prepolymer. The obtained phenol resin prepolymer is varnished by adding a hydrophilic solvent such as methanol. A predetermined amount of cellulose nanofibers in a hydrated state is added to the varnish.
In this case, cellulose nanofibers obtained by substituting the water contained therein with the same kind of hydrophilic solvent as the varnish can also be used. As the hydrophilic solvent used in this case, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and acetone are particularly preferable. Moreover, it is preferable to add a surfactant during the solvent replacement. The reason is because the cellulose nanofibers can be more uniformly dispersed as described above. Further, the usable surfactant and the amount used are also as described above.
After that, the liquid mixture obtained by stirring a mixed solution composed of cellulose nanofibers and a phenol resin prepolymer with a homogenizer is impregnated into a fibrous base material, dried, cut, and laminated to form a phenol resin composite of the present invention. The material can be a compression molded product.
In the following examples, the present invention will be described in more detail, but the present invention is not limited to the following examples.

フェノール282g(3mo1)に、37%ホルムアルデヒド水溶液171g(0.7mo1)及び水分を75%含むセルロースナノファイバー(セリッシュKY-100G、ダイセル化学工業(株))を固形分で5g(乾燥重量)加え、非イオン系界面活性剤(エマルゲン905、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、花王(株))2g加えて、ホモジナイザー(TKホモミキサー、プライミクス(株))で8000rpm、2時間攪拌した。
この攪拌物を超音波ホモジナイザーで15分間処理した後、反応容器に移し、シュウ酸二水和物3gを加えた。混合物を攪拌しながらオイルバス中で90℃、45分加熱還流した。
ここで、反応容器をオイルバスから取り出して80℃まで冷却し、さらにシュウ酸二水和物を2g加えた。攪拌下でさらに加熱し、真空度400mmHg(53.3kPa)にて反応容器の内部温度が120℃になるまで加熱し、さらに160℃に昇温して冷却管に水滴が出なくなるまで濃縮する。その後、反応容器を80℃に下げ、ヘキサメチレンテトラミンを20g加えて充分に攪拌し、メタノールを400g投入してワニス化し、液状混合物を得た。
To 282 g (3 mol) of phenol, 171 g (0.7 mol) of 37% formaldehyde aqueous solution and 75% of cellulose nanofiber (Serisch KY-100G, Daicel Chemical Industries, Ltd.) containing water were added in a solid content of 5 g (dry weight). 2 g of a nonionic surfactant (Emulgen 905, polyoxyethylene nonylphenyl ether, Kao Corporation) was added, and the mixture was stirred at 8000 rpm for 2 hours with a homogenizer (TK Homomixer, Primix Corporation).
This stirred product was treated with an ultrasonic homogenizer for 15 minutes, then transferred to a reaction vessel, and 3 g of oxalic acid dihydrate was added. The mixture was heated to reflux at 90 ° C. for 45 minutes in an oil bath while stirring.
Here, the reaction vessel was taken out of the oil bath, cooled to 80 ° C., and 2 g of oxalic acid dihydrate was added. The mixture is further heated under stirring, heated at a vacuum degree of 400 mmHg (53.3 kPa) until the internal temperature of the reaction vessel reaches 120 ° C., further heated to 160 ° C. and concentrated until no water droplets appear in the cooling tube. Thereafter, the reaction vessel was lowered to 80 ° C., 20 g of hexamethylenetetramine was added and stirred sufficiently, and 400 g of methanol was added to form a varnish to obtain a liquid mixture.

得られた液状混合物を綿帆布(♯11、0.8mm厚み)に含浸、乾燥、Bステージ化した。得られた含浸綿布は形状が平滑であり、そのまま次工程である切断、圧縮成形に供することができた。この綿帆布プリプレグを切断し、12枚積層して160℃、10MPaにて押切り金型を用いて圧縮成形し、100(幅)×150(長さ)×5(厚さ)mmの成形品素材を得た。この素材を熱風循環炉を用いて170℃、2時間硬化し、フェノール樹脂複合材を得た。この複合材から機械加工で100(長さ)×10(幅)×4(厚さ)mmの試作片を作製し、それぞれJIS K7171およびJIS K7110に準拠して、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行った。評価結果を表1に示す。   The obtained liquid mixture was impregnated into cotton canvas (# 11, 0.8 mm thickness), dried and B-staged. The obtained impregnated cotton fabric had a smooth shape, and could be used for the subsequent cutting and compression molding as it was. This cotton canvas prepreg is cut, laminated 12 sheets, and compression molded using a stamping die at 160 ° C. and 10 MPa, and a molded product of 100 (width) × 150 (length) × 5 (thickness) mm. I got the material. This material was cured at 170 ° C. for 2 hours using a hot air circulating furnace to obtain a phenol resin composite material. A prototype of 100 (length) x 10 (width) x 4 (thickness) mm is produced from this composite by machining, and a bending test and a Charpy impact test are performed in accordance with JIS K7171 and JIS K7110, respectively. It was. The evaluation results are shown in Table 1.

フェノール282g(3mo1)に、37%ホルムアルデヒド水溶液292g(1.2mo1)及び水分を75%含むセルロースナノファイバー(セリッシュKY-100G、ダイセル化学工業(株))を固形分で5g(乾燥重量)加え、さらに非イオン系界面活性剤(エマルゲン905、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、花王(株))2gを加え、ホモジナイザー(TKホモミキサー、プライミクス(株))で8000rpm、2時間攪拌した。
この攪拌物を超音波ホモジナイザーで15分処理した後、水酸化ナトリウム50%水溶液10gを加えた。混合物を攪拌しながらオイルバス中で98℃、40分加熱還流した。
ここで、反応容器をオイルバスから取出して60℃まで冷却して、酢酸25%水溶液を加えて中和し、減圧蒸留用コンデンサをつけて真空度400mmHg(53.3kPa)にて反応容器の内部温度70℃で脱水し、2時間攪拌還流した。その後、メタノールを400g投入してワニス化し、液状混合物を得た。
To 282 g (3 mo1) of phenol, 292 g (1.2 mo1) of 37% formaldehyde aqueous solution and 75 g of cellulose nanofiber (Serisch KY-100G, Daicel Chemical Industries, Ltd.) containing water were added in a solid content of 5 g (dry weight). Further, 2 g of a nonionic surfactant (Emulgen 905, polyoxyethylene nonylphenyl ether, Kao Corporation) was added, and the mixture was stirred with a homogenizer (TK Homomixer, Primix Corporation) at 8000 rpm for 2 hours.
This stirred product was treated with an ultrasonic homogenizer for 15 minutes, and 10 g of 50% aqueous sodium hydroxide solution was added. The mixture was heated to reflux at 98 ° C. for 40 minutes in an oil bath while stirring.
Here, the reaction vessel was taken out from the oil bath, cooled to 60 ° C., neutralized by adding a 25% aqueous solution of acetic acid, and a vacuum distillation condenser was attached to the inside of the reaction vessel at a vacuum degree of 400 mmHg (53.3 kPa). The mixture was dehydrated at a temperature of 70 ° C. and stirred and refluxed for 2 hours. Thereafter, 400 g of methanol was added to form a varnish to obtain a liquid mixture.

得られた液状混合物を綿帆布(♯11、0.8mm厚み)に含浸、乾燥、Bステージ化した。得られた含浸綿布は形状が平滑であり、そのまま次工程である切断、圧縮成形に供することができた。この綿帆布プリプレグを切断し、12枚積層して160℃、10MPaにて押切り金型を用いて圧縮成形し、100(幅)×150(長さ)×5(厚さ)mmの成形品素材を得た。この素材を熱風循環炉を用いて170℃、2時間硬化し、フェノール樹脂複合材を得た。この複合材から機械加工で100(長さ)×10(幅)×4(厚さ)mmの試作片を作製し、それぞれJIS K7171およびJIS K7110に準拠して、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行った。評価結果を表1に示す。   The obtained liquid mixture was impregnated into cotton canvas (# 11, 0.8 mm thickness), dried and B-staged. The obtained impregnated cotton fabric had a smooth shape, and could be used for the subsequent cutting and compression molding as it was. This cotton canvas prepreg is cut, laminated 12 sheets, and compression molded using a stamping die at 160 ° C. and 10 MPa, and a molded product of 100 (width) × 150 (length) × 5 (thickness) mm. I got the material. This material was cured at 170 ° C. for 2 hours using a hot air circulating furnace to obtain a phenol resin composite material. A prototype of 100 (length) x 10 (width) x 4 (thickness) mm is produced from this composite by machining, and a bending test and a Charpy impact test are performed in accordance with JIS K7171 and JIS K7110, respectively. It was. The evaluation results are shown in Table 1.

反応容器に、フェノール282g(3mo1)及び37%ホルムアルデヒド水溶液292g(1.2mo1)を加え、水酸化ナトリウム50%水溶液10gを加えた。この混合物を攪拌しながらオイルバス中で98℃、40分加熱還流した。
ここで、反応容器をオイルバスから出して60℃まで冷却して、酢酸25%水溶液を加えて中和し、減圧蒸留用コンデンサをつけて真空度400mmHg(53.3kPa)にて反応容器の内部温度70℃で脱水し、2時間攪拌還流した。その後、メタノールを400g投入してワニス化した。
水分を75重量%含むセルロースナノファイバー(セリッシュKY-100G、ダイセル化学工業(株))25gの水分を遠心分離機でメタノール置換したものを上記ワニスに加え、非イオン系界面活性剤(エマルゲン905、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、花王(株))10gを加え、ホモジナイザー(TKホモミキサー、プライミクス株式会杜)で8000rpm、2時間攪拌し、液状混合物を得た。
To the reaction vessel, 282 g (3 mol) of phenol and 292 g (1.2 mol) of 37% aqueous formaldehyde solution were added, and 10 g of 50% aqueous sodium hydroxide solution was added. The mixture was heated to reflux at 98 ° C. for 40 minutes in an oil bath while stirring.
Here, the reaction vessel is taken out from the oil bath, cooled to 60 ° C., neutralized by adding a 25% aqueous solution of acetic acid, and a vacuum distillation condenser is attached to the inside of the reaction vessel at a vacuum degree of 400 mmHg (53.3 kPa). The mixture was dehydrated at a temperature of 70 ° C. and stirred and refluxed for 2 hours. Thereafter, 400 g of methanol was added to make a varnish.
A cellulose nanofiber containing 75% by weight of water (Serisch KY-100G, Daicel Chemical Industries, Ltd.) 25 g of water substituted with methanol by a centrifuge was added to the varnish, and a nonionic surfactant (Emulgen 905, 10 g of polyoxyethylene nonylphenyl ether, Kao Co., Ltd. was added, and the mixture was stirred for 2 hours at 8000 rpm with a homogenizer (TK homomixer, Primix Co., Ltd.) to obtain a liquid mixture.

得られた液状混合物を綿帆布(♯11、0.8mm厚み)に含浸、乾燥、Bステージ化した。得られた含浸綿布は形状が平滑であり、そのまま次工程である切断、圧縮成形に供することができた。この綿帆布プリプレグを切断し、12枚積層して160℃、10MPaにて押切り金型を用いて圧縮成形し、100(幅)×150(長さ)×5(厚さ)mmの成形品素材を得た。この素材を熱風循環炉を用いて170℃、2時間硬化し、フェノール樹脂複合材料を得た。この複合材から機械加工で100(長さ)×10(幅)×4(厚さ)mmの試作片を作製し、それぞれJIS K7171およびJIS K7110に準拠して、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行った。評価結果を表1に示す。   The obtained liquid mixture was impregnated into cotton canvas (# 11, 0.8 mm thickness), dried and B-staged. The obtained impregnated cotton fabric had a smooth shape, and could be used for the subsequent cutting and compression molding as it was. This cotton canvas prepreg is cut, laminated 12 sheets, and compression molded using a stamping die at 160 ° C. and 10 MPa, and a molded product of 100 (width) × 150 (length) × 5 (thickness) mm. I got the material. This material was cured at 170 ° C. for 2 hours using a hot air circulating furnace to obtain a phenol resin composite material. A prototype of 100 (length) x 10 (width) x 4 (thickness) mm is produced from this composite by machining, and a bending test and a Charpy impact test are performed in accordance with JIS K7171 and JIS K7110, respectively. It was. The evaluation results are shown in Table 1.

反応容器に、フェノール500g(5.3mo1)及び37%ホルムアルデヒド水溶液500g(6.2mo1)を加え、さらに25%アンモニア溶液20gを添加し、混合物を撹幹しながらオイルバス中で98℃、40分加熱還流した。
ここで、セパラブルフラスコをオイルバスから取出して60℃まで冷却し、酢酸25%水溶液を加えて中和し、真空皮400mmHg(53.3kPa)にて反応容器の内部温度70℃で脱水し、2時間攪拌還流した。その後、乳化剤(ホモゲノールL-95、花王(株))5g、及び精製水200gを加えて水分散系レゾール樹脂のワニスを得た。
水分を75%含むセルロースナノファイバー(セリッシュKY-100G、ダイセル化学工業(株))25gを上記ワニスに加え、さらに非イオン系界面活性剤(エマルゲン905、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、花王(株)) 10gを加え、ホモジナイザー(TKホモミキサー、プライミクス(株))で8000rpm、2時間攪拌し、ワニス(液状混合物)を得た。
To the reaction vessel, 500 g (5.3 mol) of phenol and 500 g (6.2 mol) of 37% aqueous formaldehyde were added, and 20 g of 25% ammonia solution was further added, and the mixture was stirred in an oil bath at 98 ° C. for 40 minutes. Heated to reflux.
Here, the separable flask was taken out from the oil bath, cooled to 60 ° C., neutralized by adding an acetic acid 25% aqueous solution, and dehydrated at a vacuum skin of 400 mmHg (53.3 kPa) at an internal temperature of 70 ° C. The mixture was stirred and refluxed for 2 hours. Thereafter, 5 g of an emulsifier (Homogenol L-95, Kao Corporation) and 200 g of purified water were added to obtain a varnish of an aqueous dispersion resol resin.
25 g of cellulose nanofiber containing 75% water (Serisch KY-100G, Daicel Chemical Industries, Ltd.) is added to the varnish, and a nonionic surfactant (Emulgen 905, polyoxyethylene nonylphenyl ether, Kao Corporation) ) 10 g was added, and the mixture was stirred at 8000 rpm for 2 hours with a homogenizer (TK homomixer, Primix Co., Ltd.) to obtain a varnish (liquid mixture).

得られた液状混合物を綿帆布(♯11、0.8mm厚み)に含浸、乾燥、Bステージ化した。得られた含浸綿布は形状が平滑であり、そのまま次工程である切断、圧縮成形に供することができた。この綿帆布プリプレグを切断し、12枚積層して160℃、10MPaにて押切り金型を用いて圧縮成形し、100(幅)×150(長さ)×5(厚さ)mmの成形品素材を得た。この素材を熱風循環炉を用いて170℃、2時間硬化し、フェノール樹脂複合材を得た。この複合材から機械加工で100(長さ)×10(幅)×4(厚さ)mmの試作片を作製し、それぞれJIS K7171およびJIS K7110に準拠して、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行った。評価結果を表1に示す。   The obtained liquid mixture was impregnated into cotton canvas (# 11, 0.8 mm thickness), dried and B-staged. The obtained impregnated cotton fabric had a smooth shape, and could be used for the subsequent cutting and compression molding as it was. This cotton canvas prepreg is cut, laminated 12 sheets, and compression molded using a stamping die at 160 ° C. and 10 MPa, and a molded product of 100 (width) × 150 (length) × 5 (thickness) mm. I got the material. This material was cured at 170 ° C. for 2 hours using a hot air circulating furnace to obtain a phenol resin composite material. A prototype of 100 (length) x 10 (width) x 4 (thickness) mm is produced from this composite by machining, and a bending test and a Charpy impact test are performed in accordance with JIS K7171 and JIS K7110, respectively. It was. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例1)
微細繊維ではないクラフト紙用パルプ(繊維径20〜80μm)を使用し、フェノール樹脂複合材料組成物を以下のように作製した。
フェノール282g(3mo1)に、37%ホルムアルデヒド水溶液292g(1.2mo1)及び水分を75%含むパルプ(クラフト紙用)を固形分で5g加え、さらに非イオン系界面活性剤(エマルゲン905、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、花王(株))2gを加え、ホモジナイザー(TKホモミキサー、プライミクス(株))で8000rpm、2時間攪拌した。
この攪拌物を超音波ホモジナイザーで15分処理した後、1000mLのセパラブルフラスコに移し、水酸化ナトリウム50%水溶液を加えた。得られた混合物を攪拌しながらオイルバス中で98℃、40分加熱還流した。
ここで、セパラブルフラスコをオイルバスから出して60℃まで冷却して、酢酸25%水溶液を90g加えて中和し、減圧蒸留用コンデンサをつけて真空度400mmHg(53.3kPa)にて内部温度70℃で脱水し、2時間攪拌還流した。その後、メタノールを400g投入してワニス(液状混合物)とした。
(Comparative Example 1)
A pulp for kraft paper (fiber diameter: 20 to 80 μm) that is not a fine fiber was used, and a phenol resin composite material composition was prepared as follows.
To 282 g (3 mo1) phenol, 292 g (1.2 mo1) of 37% formaldehyde aqueous solution and 5 g of pulp containing 75% water (for kraft paper) are added in solid content, and nonionic surfactant (Emulgen 905, polyoxyethylene) 2 g of nonylphenyl ether, Kao Co., Ltd. was added, and the mixture was stirred at 8000 rpm for 2 hours with a homogenizer (TK homomixer, Primix Co., Ltd.).
This stirred product was treated with an ultrasonic homogenizer for 15 minutes, then transferred to a 1000 mL separable flask, and a 50% aqueous solution of sodium hydroxide was added. The resulting mixture was heated to reflux at 98 ° C. for 40 minutes in an oil bath while stirring.
Here, the separable flask was taken out from the oil bath, cooled to 60 ° C., neutralized by adding 90 g of a 25% aqueous solution of acetic acid, attached with a condenser for distillation under reduced pressure, and the internal temperature at a vacuum degree of 400 mmHg (53.3 kPa). It dehydrated at 70 degreeC and stirred and refluxed for 2 hours. Thereafter, 400 g of methanol was added to obtain a varnish (liquid mixture).

得られた液状混合物を綿帆布(♯11、0.8mm厚み)に含浸、乾燥、Bステージ化した。
得られた含浸綿布は形状が平滑であり、そのまま次工程である切断、圧縮成形に供することができた。この綿帆布プリプレグを切断し、12枚積層して160℃、10MPaにて押切り金型を用いて圧縮成形し、100(幅)×150(長さ)×5(厚さ)mmの成形品素材を得た。この素材を熱風循環炉を用いて170℃、2時間硬化し、フェノール樹脂複合材を得た。この複合材から機械加工で100(長さ)×10(幅)×4(厚さ)mmの試作片を作製し、それぞれJIS K7171およびJIS K7110に準拠して、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行った。評価結果を表1に示す。
The obtained liquid mixture was impregnated into cotton canvas (# 11, 0.8 mm thickness), dried and B-staged.
The obtained impregnated cotton fabric had a smooth shape, and could be used for the subsequent cutting and compression molding as it was. This cotton canvas prepreg is cut, laminated 12 sheets, and compression molded using a stamping die at 160 ° C. and 10 MPa, and a molded product of 100 (width) × 150 (length) × 5 (thickness) mm. I got the material. This material was cured at 170 ° C. for 2 hours using a hot air circulating furnace to obtain a phenol resin composite material. A prototype of 100 (length) x 10 (width) x 4 (thickness) mm is produced from this composite by machining, and a bending test and a Charpy impact test are performed in accordance with JIS K7171 and JIS K7110, respectively. It was. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例2)
微細繊維ではないレーヨン繊維(繊維径、約15μm)を使用し、フェノール樹脂複合材料組成物を以下のように作製した。
フェノール282g(3mo1)に、37%ホルムアルデヒド水溶液292g(1.2mo1)及び水分を75%含むレーヨン繊維(紙混抄用)を固形分で5g加え、さらに非イオン系界面活性剤(エマルゲン905、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、花王(株))2gを加え、ホモジナイザー(TKホモミキサー、プライミクス(株))で8000rpm、2時間攪拌した。
この攪拌物を超音波ホモジナイザーで15分処理した後、1000mLのセパラブルフラスコに移し、水酸化ナトリウム50%水溶液を加えた。混合物を攪拌しながらオイルバス中で98℃、40分加熱還流した。
ここで、セパラブルフラスコをオイルバスから出して60℃まで冷却して、酢酸25%水溶液を90g加えて中和し、減圧蒸留用コンデンサをつけて真空度400mmHg(53.3kPa)にて内部温度70℃で脱水し、2時間攪拌還流した。その後、メタノールを400g投入してワニス化し、液状混合物を得た。
(Comparative Example 2)
Using a rayon fiber (fiber diameter, about 15 μm) which is not a fine fiber, a phenol resin composite material composition was prepared as follows.
To 282 g (3 mo1) of phenol, 292 g (1.2 mo1) of 37% formaldehyde aqueous solution and 5 g of rayon fiber (for paper blending) containing 75% of water are added in a solid content, and further a nonionic surfactant (Emulgen 905, polyoxy) 2 g of ethylene nonylphenyl ether, Kao Co., Ltd. was added, and the mixture was stirred with a homogenizer (TK homomixer, Primix Co., Ltd.) at 8000 rpm for 2 hours.
This stirred product was treated with an ultrasonic homogenizer for 15 minutes, then transferred to a 1000 mL separable flask, and a 50% aqueous solution of sodium hydroxide was added. The mixture was heated to reflux at 98 ° C. for 40 minutes in an oil bath while stirring.
Here, the separable flask was taken out from the oil bath, cooled to 60 ° C., neutralized by adding 90 g of a 25% aqueous solution of acetic acid, attached with a condenser for distillation under reduced pressure, and the internal temperature at a vacuum degree of 400 mmHg (53.3 kPa). It dehydrated at 70 degreeC and stirred and refluxed for 2 hours. Thereafter, 400 g of methanol was added to form a varnish to obtain a liquid mixture.

得られた液状混合物を綿帆布(♯11、0.8mm厚み)に含浸、乾燥、Bステージ化した。得られた含浸綿布は形状が平滑であり、そのまま次工程である切断、圧縮成形に供することができた。この綿帆布プリプレグを切断し、12枚積層して160℃、10MPaにて押切り金型を用いて圧縮成形し、100(幅)×150(長さ)×5(厚さ)mmの成形品素材を得た。この素材を熱風循環炉を用いて170℃、2時間硬化し、フェノール樹脂複合材を得た。この複合材から機械加工で100(長さ)×10(幅)×4(厚さ)mmの試作片を作製し、それぞれJIS K7171およびJIS K7110に準拠して、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行った。評価結果を表1に示す。   The obtained liquid mixture was impregnated into cotton canvas (# 11, 0.8 mm thickness), dried and B-staged. The obtained impregnated cotton fabric had a smooth shape, and could be used for the subsequent cutting and compression molding as it was. This cotton canvas prepreg is cut, laminated 12 sheets, and compression molded using a stamping die at 160 ° C. and 10 MPa, and a molded product of 100 (width) × 150 (length) × 5 (thickness) mm. I got the material. This material was cured at 170 ° C. for 2 hours using a hot air circulating furnace to obtain a phenol resin composite material. A prototype of 100 (length) x 10 (width) x 4 (thickness) mm is produced from this composite by machining, and a bending test and a Charpy impact test are performed in accordance with JIS K7171 and JIS K7110, respectively. It was. The evaluation results are shown in Table 1.

(比較例3)
セルロースナノファイバーを水に分散させ固形分0.2%のスラリーを作製し、これをろ紙を敷いたビフネルロートおよび吸引瓶を用いて減圧濾過して厚さ0.15mmのセルロースナノファイバーシートを得た。セルロースナノファイバーシートは含水状態でろ紙から1枚ずつ剥がし、コットンリンターに挟んで圧縮成形機で加圧(0.05MPa)しながら、乾燥した。コットンリンターは1日ごとに取替え、シートの含水量が1%とするのに4日間要した。
(Comparative Example 3)
Cellulose nanofibers were dispersed in water to prepare a slurry having a solid content of 0.2%, and this was filtered under reduced pressure using a bifunnel funnel and a suction bottle with filter paper on it, to obtain a cellulose nanofiber sheet having a thickness of 0.15 mm. . The cellulose nanofiber sheet was peeled off from the filter paper one by one in a water-containing state, dried while being sandwiched between cotton linters and pressurized (0.05 MPa) with a compression molding machine. The cotton linter was replaced every day, and it took 4 days for the water content of the sheet to be 1%.

反応容器に、フェノール282g(3mol)に37%ホルムアルデヒド水溶液292g(1.2mol)を添加し、水酸化ナトリウム50%水溶液10gを加えた。混合物を攪拌しながらオイルバス中で98℃、40分加熱還流した。ここで、反応容器をオイルバスから出して60℃まで冷却して、酢酸25%水溶液を加えて中和し、減圧蒸留用コンデンサを付けて真空度400mmHg(53.3kPa)にて内部温度70℃で脱水し、2時間攪拌還流した。
このフェノール樹脂並びにメタノールを用いて固形分濃度15%のフェノール樹脂ワニスを作製し、上記の乾燥後にセルロースナノファイバーを含浸した。含浸操作は、600mmHg減圧下で12時間保持し、更に常圧で96時間保持した後、シートを取り出し、風乾した。
このシートを切断、60枚積層して160℃、10MPaにて押切り金型を用いて圧縮成形し、100(幅)×150(長さ)×5(厚さ)mmの成形品素材を得た。この素材を熱風循環炉を用いて170℃、2時間硬化し、フェノール樹脂複合材を得た。この複合材から機械加工で100(長さ)×10(幅)×4(厚さ)mmの試作片を作製し、それぞれJIS K7171およびJIS K7110に準拠して、曲げ試験及びシャルピー衝撃試験を行った。評価結果を表1に示す。
To the reaction vessel, 292 g (1.2 mol) of 37% aqueous formaldehyde solution was added to 282 g (3 mol) of phenol, and 10 g of 50% aqueous solution of sodium hydroxide was added. The mixture was heated to reflux at 98 ° C. for 40 minutes in an oil bath while stirring. Here, the reaction vessel was removed from the oil bath, cooled to 60 ° C., neutralized by adding a 25% aqueous solution of acetic acid, attached with a condenser for distillation under reduced pressure, and an internal temperature of 70 ° C. at a vacuum degree of 400 mmHg (53.3 kPa). And then stirred and refluxed for 2 hours.
Using this phenol resin and methanol, a phenol resin varnish having a solid content concentration of 15% was prepared, and impregnated with cellulose nanofibers after drying. The impregnation operation was held under reduced pressure of 600 mmHg for 12 hours, and further maintained at normal pressure for 96 hours, and then the sheet was taken out and air dried.
60 sheets of this sheet were laminated and compression molded using a stamping die at 160 ° C. and 10 MPa to obtain a molded product material of 100 (width) × 150 (length) × 5 (thickness) mm. It was. This material was cured at 170 ° C. for 2 hours using a hot air circulating furnace to obtain a phenol resin composite material. A prototype of 100 (length) x 10 (width) x 4 (thickness) mm is produced from this composite by machining, and a bending test and a Charpy impact test are performed in accordance with JIS K7171 and JIS K7110, respectively. It was. The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 0005207499
Figure 0005207499

表1より、実施例1から4においては、微細繊維ではない比較例1、2の場合と比較し、水分除去に要した時間は同等であるが、曲げ強度、曲げ弾性、シャルピー衝撃強度が優れていることがわかる。また、従来の製造方法による比較例の場合と比較し、各物理強度としてはやや劣るものの、水分除去に要した時間が極めて短く、層間剥離が発生することもなく、生産性に優れていることがわかる。
このように、本発明によれば、複合材としての物理強度を高くしつつ、生産性良くフェノール樹脂複合材料組成物を提供することが可能である。
From Table 1, in Examples 1 to 4, compared with Comparative Examples 1 and 2 that are not fine fibers, the time required for moisture removal is the same, but bending strength, bending elasticity, and Charpy impact strength are excellent. You can see that In addition, compared with the case of the comparative example by the conventional manufacturing method, each physical strength is slightly inferior, but the time required for water removal is extremely short, delamination does not occur, and productivity is excellent. I understand.
Thus, according to the present invention, it is possible to provide a phenol resin composite material composition with high productivity while increasing the physical strength as a composite material.

Claims (7)

微細繊維とフェノール樹脂プレポリマーとからなる液状混合物を繊維性基材に含浸し、積層成形されたことを特徴とし、前記微細繊維がセルロースナノファイバーであり、前記液状混合物が前記セルロースナノファイバーを固形分として0.1〜5重量%含有するフェノール樹脂複合材。 A liquid base material comprising a fine fiber and a phenol resin prepolymer is impregnated into a fibrous base material, and is formed by lamination. The fine fiber is a cellulose nanofiber, and the liquid mixture contains the cellulose nanofiber. A phenol resin composite containing 0.1 to 5% by weight as a solid content . 前記液状混合物が、前記微細繊維をフェノール類及びアルデヒド類の混合液に混合、分散させた後に、重合触媒を加え、加熱、重合してフェノール樹脂プレポリマーとして得られる請求項1に記載のフェノール樹脂複合材。 2. The phenol resin according to claim 1 , wherein the liquid mixture is obtained as a phenol resin prepolymer by mixing and dispersing the fine fibers in a mixture of phenols and aldehydes, adding a polymerization catalyst, and heating and polymerizing the mixture. Composite material. 前記液状混合物が、フェノール類及びアルデヒド類の混合液に重合触媒を加えフェノール樹脂プレポリマーとし、親水性溶媒を加えた液状樹脂とした後に、前記微細繊維を混合分散させて得られる請求項1に記載のフェノール樹脂複合材。 The liquid mixture, phenol and a mixture a polymerization catalyst was added phenolic resin prepolymer aldehydes, after a liquid resin obtained by adding a hydrophilic solvent, to claim 1, obtained said fine fibers were mixed and dispersed The phenolic resin composite as described. 前記フェノール類及びアルデヒド類の混合液が、フェノールとホルマリンの混合液である請求項2または3に記載のフェノール樹脂複合材。The phenol resin composite material according to claim 2 or 3, wherein the mixed solution of phenols and aldehydes is a mixed solution of phenol and formalin. 微細繊維とフェノール樹脂プレポリマーとからなる液状混合物を繊維性基材に含浸し、積層成形するフェノール樹脂複合材の製造方法であって、
前記微細繊維がセルロースナノファイバーであり、前記液状混合物が前記セルロースナノファイバーを固形分として0.1〜5重量%含有し、
前記液状混合物を得る工程が、前記微細繊維をフェノール類及びアルデヒド類の混合液に混合、分散させる第1の工程の後に、重合触媒を加え、加熱、重合しフェノール樹脂プレポリマーとする第2の工程からなることを特徴とするフェノール樹脂複合材の製造方法。
A method for producing a phenol resin composite material in which a fibrous base material is impregnated with a liquid mixture composed of fine fibers and a phenol resin prepolymer, and laminate molding is performed.
The fine fibers are cellulose nanofibers, and the liquid mixture contains 0.1 to 5% by weight of the cellulose nanofibers as a solid content,
The step of obtaining the liquid mixture is a step of adding a polymerization catalyst after the first step of mixing and dispersing the fine fibers in a mixed solution of phenols and aldehydes, and heating and polymerizing to a phenol resin prepolymer. The manufacturing method of the phenol resin composite material characterized by consisting of a process.
微細繊維とフェノール樹脂プレポリマーとからなる液状混合物を繊維性基材に含浸し、積層成形するフェノール樹脂複合材の製造方法であって、
前記微細繊維がセルロースナノファイバーであり、前記液状混合物が前記セルロースナノファイバーを固形分として0.1〜5重量%含有し、
前記液状混合物を得る工程が、フェノール類及びアルデヒド類の混合液に重合触媒を加えてフェノール樹脂プレポリマーとする第1の工程、前記フェノール樹脂プレポリマーに親水性溶媒を加えて液状樹脂とする第2の工程を経た後に、前記微細繊維を混合、分散させる第3の工程からなることを特徴とするフェノール樹脂複合材の製造方法。
A method for producing a phenol resin composite material in which a fibrous base material is impregnated with a liquid mixture composed of fine fibers and a phenol resin prepolymer, and laminate molding is performed.
The fine fibers are cellulose nanofibers, and the liquid mixture contains 0.1 to 5% by weight of the cellulose nanofibers as a solid content,
The step of obtaining the liquid mixture includes a first step of adding a polymerization catalyst to a mixed solution of phenols and aldehydes to obtain a phenol resin prepolymer, and adding a hydrophilic solvent to the phenol resin prepolymer to obtain a liquid resin. A method for producing a phenol resin composite material comprising a third step of mixing and dispersing the fine fibers after the step of 2.
前記フェノール類及びアルデヒド類の混合液が、フェノールとホルマリンの混合液である請求項5または6に記載のフェノール樹脂複合材の製造方法。The method for producing a phenol resin composite according to claim 5 or 6, wherein the mixed solution of phenols and aldehydes is a mixed solution of phenol and formalin.
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